TECHNIQUE DU FROID ET DU CONDITIONNEMENT DE L AIR

Transcription

1 TECHNIQUE DU FROID ET DU CONDITIONNEMENT DE L AIR Tâche T6.2 : Analyser l installation, diagnostiquer Compétence C1.2 : Interpréter, analyser, décoder Thème : S4 : Approche scientifique et technique des installations frigorifiques Séquence : S4.1 : Physique appliquée - Thermodynamique Séance : La masse volumique, le volume massique et la densité Date : Objectif de la séance : 1. La masse volumique : La masse volumique d un corps est la masse de l unité de volume du corps. On peut définir l importance d un objet, en indiquant sa taille (volume) ou sa masse. Bien sûr comme on parle du même corps, il doit exister une relation entre ces 2 façons de décrire un même objet. Pour cela, il faut connaître le nombre de [kg] contenus dans chacun des [m 3 ] de ce corps : c est sa masse volumique indiquée en [kg/m 3 ]. Ainsi, la masse d un litre d eau froide étant de 1 [kg], 1[m 3 ] d eau (1000 litres) à une masse de 1000 [kg]. La masse volumique de l eau froide est donc de 1000 [kg/m 3 ]. La lettre symbole représentant la masse volumique est une ancienne lettre grecque : ρ (que l on prononce rhô) donc ρ H2O = 1000 kg/m³. ρ = Masse volumique [kg/m 3 ] ρ = m V m = Masse du corps [kg] V = Volume du corps [m 3 ] Pour une température, une pression et un état physique donnés (solide, liquide ou gazeux), chaque corps présent dans l univers possède une masse volumique précise. Nous pourrons retenir quelques ordres de grandeur utiles à notre profession : Matière Masse volumique r Eau froide [1000 kg/m 3 ] Fuel domestique [840 kg/m 3 ] Acier [8000 kg/m 3 ] Air à 20 C [1,2 kg/m 3 ] Il n est pas nécessaire de connaître une formule pour transformer une masse en volume et inversement. Page 1 sur 5

2 Question n 1 : Transformez les masses en volume ou les volumes en masse : Matière Masse ou volume Masse volumique Masse ou volume? Eau 15 [m 3 ] 1000 [kg/m 3 ] [kg] Eau 2500 [kg] 1000 [kg/m 3 ] [m 3 ] Air à 20 C 75 [m 3 ] 1,2 [kg/m 3 ] [kg] Fuel litres 840 [kg/m 3 ] [kg] Question n 2 : Transformez les masses en volume ou les volumes en masse : Matière Masse ou volume Masse volumique Masse ou volume? Acier [kg] 8000 [kg/m 3 ] [m 3 ] Béton 20 [m 3 ] 3000 [kg/m 3 ] [kg] Acide 5000 [kg] 1800 [kg/m 3 ] [m 3 ] Acide litres 1800 [kg]/m 3 ] [kg] Question n 3 : Calculez la masse d air à 20 C présente dans un local de 15 [m] 8 [m] 2,5 [m]. Question n 4 : Calculez la masse présente dans un réservoir cylindrique vertical de diamètre 0,8 [m] et le réservoir étant rempli de fuel. 1,5 [m] de hauteur, Page 2 sur 5

3 2. Le volume massique. Le volume massique d un corps est le volume occupé par l unité de masse de ce corps. masse volumique. C est l inverse de la v m = V m v m = Volume massique [m 3 /kg] m = Masse du corps [kg] V = Volume du corps [m 3 ] 3. La densité : La densité est un ancien mode de comparaison des corps entre eux, permettant les mêmes analyses que la masse volumique. La densité consiste à comparer les liquides et solides à l eau froide, et les gaz à l air (dans les mêmes conditions de température et de pression). Ainsi, un liquide ou un solide qui présente une densité de 2, est un corps 2 fois plus lourd que l eau froide. Un gaz qui présente une densité de 0,5, est un gaz 2 fois plus léger que l air. Corps Densité Masse volumique en [kg/m 3 ] Masse volumique eau froide ou air en [kg/m 3 ] Eau froide Fuel domestique 0, Acier Air à 20 C 1 1,2 1,2 Gaz naturel 0,6 0,7 1,2 Butane 2 2,4 1,2 Propane 1,5 1,8 1,2 d = ρ ρ o d = Densité du corps étudié ρ = Masse volumique du corps étudié [kg/m 3 ] ρ o = Masse volumique du corps de référence [kg/m 3 ] Page 3 sur 5

4 Conséquences des diverses densités : a). Liquides, solides : - Les liquides et solides dont les masses volumiques sont plus élevées que celle de l eau (densité > 1) coulent. - Les liquides et solides dont les masses volumiques sont identiques à celle de l eau (densité = 1) se mélangent à l eau ou y restent en position stable (café au lait). - Les liquides et les solides dont les masses volumiques sont inférieures à celle de l eau (densité < 1) flottent (nappe de fuel sur la mer). b). Les gaz : - Les gaz dont les masses volumiques sont plus élevés que celle de l air (densité> 1), s accumulent au sol du local en cas de fuite. - Les gaz dont les masses volumiques sont identiques à celle de l air (densité=1) se mélangent à l air du local en cas de fuite. - Les gaz dont les masses volumiques sont plus faibles que celle de l air (densité< 1), se concentrent au plafond du local en cas de fuite. Ces propriétés conditionnent pour les gaz l implantation des grilles d aération et des capteurs de détection de fuite dans les locaux techniques : - Une fuite de gaz naturel se détectera prioritairement au plafond. - Une fuite de gaz propane se détectera prioritairement au sol. Page 4 sur 5

5 Exercices d application. Exercice n 1 : Un cube de 3cm de coté a une masse de 210,6 grammes. Déterminer la masse volumique et le volume massique de la matière constituant ce cube. Exercice n 2 : Un cylindre plein d un diamètre 10cm et d une longueur de 30 cm, est constitué d une matière dont la masse volumique est de 2200 kg/m 3. Déterminer la masse de ce cylindre. Exercice n 3 : Déterminer le volume qu occupe 23 kg d eau. Exercice n 4 : Sachant que ρ air = 1.29 kg/m 3, calculer la masse de 5 m 3 d air. Exercice n 5 : Connaissant la masse volumique de l eau, quel est le volume de 30kg d eau (en litres)? Exercice n 6 : La densité du mercure est de 13.6, quelle est la masse volumique et le volume massique du mercure? Exercice n 7 : La densité d un gaz est égale à 0.93, calculer la masse volumique et le volume massique de ce gaz. Exercice n 8 : La masse volumique ρ d un gaz est égale à 760kg/m 3, calculer le volume massique et la densité de ce gaz. Page 5 sur 5